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完整版材料分析方法期末考试总结

完整版材料分析方法期末考试总结
完整版材料分析方法期末考试总结

材料分析方法

1.x 射线是一种波长很短的电磁波,具有波粒二相性,粒子性往往表现突出,故x 射线也可视为一束具有一定能量的光量子流。X 射线有可见光无可比拟的穿透能力,可使荧光物质发光,可使气体或其它物质电离等。

2.相干散射:亦称经典散射,物质中的电子在X 射线电场的作用下,产生强迫振动。这样每个电子在各方向产生与入射X 射线同频率的电磁波。新的散射波之间发生的干涉现象称为相干散射。

3.不相干散射:亦称量子散射,X 射线光子与束缚力不大的外层电子,或自由电子碰撞时电子获得一部分动能成为反冲电子,X 射线光子离开原来方向,能量减小,波长增加。

4.吸收限:物质原子序数越大,对X 射线的吸收能力越强;对一定的吸收体,X 射线的波长越短,穿透能力越强,表现为吸收系数的下降,但随着波长的的降低,质量吸收系数并非呈连续的变化,而是在某些波长位置上突然升高,出现了吸收限。5.荧光辐射:由入射X 射线所激发出来的特征X 射线称为荧光辐射(荧光X 射线,二次X 射线)。

6.俄歇效应:由于光电效应而处于激发态的原子还有一种释放能量的方式,及俄歇效应。原子中一个K 层电子被入射光量子击出后,L 层一个电子跃入K 层填补空位,此时多余的能量不以辐射X 光量子放出,而是以另一个L 层电子活的能量跃出吸收体,这样的一个K 层空位被两个L 层空位代替的过程称为俄歇效应,跃出的L 层电子称为俄歇电子。

7.光电子:当入射光量子的能量等于或大于吸收体原子某壳体层电子的结合能时,此光量子就很容易被电子吸收,获得能量的电子从内层溢出,成为自由电子,称为光电子。原子则处于激发态,这种原子被入射辐射电离的现象即光电效应。

8.滤波片的作用:滤波片是利用吸收限两侧吸收系数差很大的现象制成的,用以吸收不需要的辐射而得到基本单色的光源。

9.布拉格方程只是获得衍射的必要条件而非充分条件。

10?晶面(hkl )的n级反射面(nh nk nl),用符号(HKL )表示,称为反射面或干涉面。

11.掠射角是入射角(或反射角)与晶面的夹角,可表征衍射的方向。12.衍射极限条件:在晶体中,干涉面的划取是无极限的,但并非所有的干涉面均能参与衍射,因存在关系dsin B = X 12,或d>=入12,说明只有间距大于或等于X 射线半波长的那些干涉面才能参与反射。

1 3.劳埃法:采用连续X 射线照射不动的单晶体,因为X 射线的波长连续可变,故可从中挑选出其波长满足布拉格关系的X 射线使产生衍射。14.周转晶体法:采用单色X 射线照射转动的单晶体,并用一张以旋转轴为轴的圆筒形底片来记录。15.粉末法:采用单色X 射线照射多晶体,试样是由数量众多、取向混乱的微晶体组成。

16.吸收因数:由于试样本身对X 射线的吸收,使衍射强度的实测值与计算值不符,为了修正这一影响,则在强度公式中乘以吸收因数。

1 7.温度因数:原子热振动使晶体点阵原子排列的周期性受到破坏,使得原来严格满足布拉格条件的相干散射产生附加的相差,从而使衍射强度减弱。为修正实验温度给衍射强度带来的影响,需要在积分强度公式中乘以温度因数。

18.物相定性分析的原理:X 射线衍射分析是以晶体结构为基础的。每种结晶物质都有其特定的结构参数,包括点阵类型、单胞大小、单胞中原子(离子或分子)的数目及其位置等,而这些参数在X 射线衍射花样中均有所反映。尽管物质的种类有

千千万万,但却没有两种衍射花样完全相同的物质。某种物质的多晶体衍射线条的数目、位置及强度,是该种物质的特征,因而可以成为鉴别物相的标志。19.如果不仅要求鉴别物相的种类,而且要求测量各物相的相对含量,就必须进行定量分析。物相定量分析的依据:各相的衍射线的强度随该项含量的增加而提高。由于各物相对X 射线的吸收不同,使得“强度”并不正比于“含量” ,而需加以修正。20.非晶态物质最主要的特征是短程有序,长程无序。非晶态与晶态结构的主要区别为长程无序。结构均匀,各向同性也可视为非晶态材料的特征。非晶态结构属于亚稳结构,因其自由能总较晶态为高,故有自发向晶态转化的趋势。非晶物质的衍射图有少数漫散射峰组成,可利用此特征来鉴别物质属于晶态还是非晶态。21.物体内应力引起衍射峰如何变化:(1)第一类内应力,宏观应力的衍射效应是使衍射线位移。(2)第二类内应力,其衍射效应主要是引起线形的变化。

(3)第三类内应力,此类应力的存在使衍射强度降低。

22.X 射线法通过测量弹性应变求得应力值。

23.电子波的有优势:电子波的波长要比可见光小5 个数量级,可以明显提高显微镜的分辨率。

24.透射电子显微镜中用磁场来使电子波聚焦成像的装置是电磁透镜。25.像差:分两类,即几何像差和色差。几何像差是因为透镜磁场几何形状上的缺陷而造成的。几何像差主要指球差和像散。色差是由于电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的。(1)球差,即球面相差,是由于电磁透镜的中心区域和边缘区域对电子的折射能力不符合预定的规律而造成的。可以矫正。(2)像散是由透镜磁场的非旋转对称而引起的。可以用消像散器来校正。(3)色差是由于入射电子波长(或能量)的非单一性所造成的。

26.衍射效应对分辨率的影响。若只考虑衍射效应,在照明光源和介质一定的条件下,孔径角a越大,透镜的分辨率越高。

27.像差对分辨率的影响。因为电磁透镜总是会聚透镜,所以球差便成为限制电磁透镜分辨率的主要因素。提高电磁透镜分辨率的主要途径是提高加电压(减小电子束波长入)和减小球差系数Ca。

28.景深:把透镜物平面允许的轴向偏差定义为透镜的景深,用Df 表示;把透镜像平面允许的轴向偏差定义为透镜的焦长,用Dl 表示。

29.透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照明源,用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器,分三部分,即照明系统、成像系统和观察记录系统。

30.电子衍射的原理和X 射线衍射的异同:(1)相同点:都是以满足(或基本满足)布拉格方程作为产生衍射的必要条件。两种衍射技术所得到的衍射花样在几何特征上也大致相似。多晶体的电子衍射花样是一系列不同半径的同心圆环,单晶衍射花样由排列得十分整齐的许多斑点组成,非晶态物质的衍射花样只是有一个漫散射的中心斑点。(2)相异点:1)电子波的波长比X 射线短得多,在同样满足布拉格条件时,它的衍射角B很小,约为0.01rad<1。,而X射线产生衍射时,其衍射角最大可接近n /2。这是两者之间区别的主要原因。2 )在进行电子衍射操作时采用薄晶样品,薄晶样品的倒易阵点会沿着样品厚度方向延伸成杆状,因此,增加了倒易阵点和埃瓦尔德球相交截的机会,结果使略为偏离布拉格条件的电子束也能发生衍射。 3 )因为电子波的波长短,采用埃瓦尔德球图解时,反射球的半径很大,在衍射角B较小的范围内反射的球面可以近似地看成是一个平面,从而也可以人为电子衍射产生的衍射斑点大致分布在一个二维倒易截面内。4)原子对电子的散射能力远高于

它对X射线的散射能力(约高出四个数量级),故电子衍射束的强度较大,适合于微区分析,且摄取衍射花样时曝光时间仅需要数秒钟。

31.超点阵斑点:当晶体内部的原子或离子产生有规律的位移或不同种原子产生有序排列时,将引起其电子衍射结果的变化,即可以使本来消光的斑点出现,这种额外的斑点称为超点阵斑点。

32.材料在凝固、相变和形变的过程中,晶体内的一部分相对于基体按一定的对称关系生长,即形成了孪晶。

33.晶体中基体和孪晶的对称关系:若以孪晶面为镜面,则基体和孪晶的阵点以孪晶面作镜面反映。若以孪晶面得法线为轴,把图中下方的基体旋转180 度也能得到孪晶的点阵。

34. 消光距离:强烈的力学相互作用,使得I。和Ig在晶体深度方向上发生周期性的振荡,振荡的深度周期叫做消光距离。

35. 衍衬运动学的两个假设:1)双光束近似:假定电子束透过薄晶体试样成像时,除了透射束外只存在一束缴枪得衍射束,而其他衍射束却大大偏离布拉格条件,它们的强度均可视为零。2)柱体近似:把薄晶体下表面上每点的衬度和晶柱结构对应起来处理的方法称为柱体近似。

36. 等倾干涉:同一条纹相对应的样品位置的衍射晶面的取向是相同的(s相同),即相对于入射束的倾角是相同的,所以这种条纹称为等倾干涉。

37. 等厚干涉:

38. 衍衬运动学和动力学的区别在于,动力学理论考虑了透射束与衍射束之间的交互作用。运动学理论适用于衍射晶面相对于布拉格反射位置有较大的偏离量。

39. 电子探针的功能主要是进行微区分析。

40. 应用波谱仪(WDS)进行元素分析时,应注意下面几个问题:1)分析点的位置。在分析时必须使目的物和电子束重合,其位置正好位于光学显微镜目镜标尺的中心交叉点上。2)分光晶体固定后,衍射晶面的面间距不变。

41. 能谱仪(EDS)成分分析的特点:(1)优点,和波谱仪相比,能谱仪有以下优点:1)能谱仪Si (Li)晶体对X射线的检测效率比波谱仪高一个数量级。2)能谱仪可在同一时间内对分析点内所有元素X 射线光子的能量进行测定和计数,在几分钟内可得到定性分析结果,而波谱仪只能逐个测量每种元素的特征波长。3)能谱仪的结构比波谱仪简单,没有机械传动部分,因此稳定性和重复性都很

好。4)能谱仪不必聚焦,因此对样品表面没有特殊要求,适于粗糙表面的分析工作。(2)缺点:1)分辨率比波谱仪低。2)因为Si (Li)检测器的钛窗口限制了超轻元素X射线的测量。3)Si (Li)探头必须保持在低温状态,因此必须时时用液氮冷却。

42. 样品在电子束的轰击下会产生各种信号:1)背散射电子:是被固体样品中的原子反弹回来的已部分入射电子,其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。背散射电子样品表层几百纳米的深度范围,它不仅能用作形貌分析,还可以用来显示原子序数衬度,定性地用作成分分析。2)二次电子:在入射电子束作用下被轰击并离开样品表面的样品原子的核外

电子。二次电子的能量较低,一般都是在表层5-10mm 深度范围内发射出来的。能非常有效地显示样品的表面形貌,不能用它来进行成分分析。3)吸收电子:入射电子进入样品之后,经多次非弹性散射能量损失殆尽,最后被吸收。吸收电子能产生原子序数衬度,同样也可以用来进行定性的微区成分分析。4)如果被分析的样品很薄,那么就会有一部分入射电子穿过薄样品而成为透射电子。其是由直径很小的高能电子束照射薄样品而产生的,可以利用特征能量损失电子配合电子能量分析器来进行微区成分分析。5)特征X 射线:当样品原子的内层电子被

入射电子激发或电离时,原子就会处于能量较高的激发态,此时外层电子将向内层跃迁以填补内层电子的空缺,从而使具有特征能量的X 射线释放出来。如果我们用X 射线探测器测到了样品微区中存在某一种特征波长,就可以判定这个微区中存在着相应的元素。6)俄歇电子:在入射电子激发样品的特征X 射线过程中,如果在原子内层电子能级跃

迁过程中释放出来的能量并不以X 射线的形式发射出去,而是用这部分能量把空位层内的另一个发射出去或使空位的外层电子发射出去,这个被电离出来的电子就被称为俄歇电子。俄歇电子的能量低,平均自由程很小,特别适用于做表层成分分析。43.二次电子信号的空间分辨率较高,相应的二次电子想的分辨率也较高;特征X 射线信

号的空间分辨率较低,此信号调制成显微图像的分辨率相应也最低。电子入射轻元素样品后会造成一个滴状作用体积,而入射重元素样品后是一个半球状。

材料分析方法课后答案(更新至第十章)

材料分析方法课后练习题参考答案 2015-1-4 BY:二专业の学渣 材料科学与工程学院

3.讨论下列各组概念的关系 答案之一 (1)同一物质的吸收谱和发射谱; 答:λk吸收〈λkβ发射〈λkα发射 (2)X射线管靶材的发射谱与其配用的滤波片的吸收谱。 答:λkβ发射(靶)〈λk吸收(滤波片)〈λkα发射(靶)。任何材料对X射线的吸收都有一个Kα线和Kβ线。如Ni 的吸收限为0.14869 nm。也就是说它对0.14869nm波长及稍短波长的X射线有强烈的吸收。而对比0.14869稍长的X射线吸收很小。Cu靶X射线:Kα=0.15418nm Kβ=0.13922nm。 (3)X射线管靶材的发射谱与被照射试样的吸收谱。 答:Z靶≤Z样品+1 或Z靶>>Z样品 X射线管靶材的发射谱稍大于被照射试样的吸收谱,或X射线管靶材的发射谱大大小于被照射试样的吸收谱。在进行衍射分析时,总希望试样对X射线应尽可能少被吸收,获得高的衍射强度和低的背底。 答案之二 1)同一物质的吸收谱和发射谱; 答:当构成物质的分子或原子受到激发而发光,产生的光谱称为发射光谱,发射光谱的谱线与组成物质的元素及其外围电子的结构有关。吸收光谱是指光通过物质被吸收后的光谱,吸收光谱则决定于物质的化学结构,与分子中的双键有关。 2)X射线管靶材的发射谱与其配用的滤波片的吸收谱。 答:可以选择λK刚好位于辐射源的Kα和Kβ之间的金属薄片作为滤光片,放在X射线源和试样之间。这时滤光片对Kβ射线强烈吸收,而对Kα吸收却少。 6、欲用Mo 靶X 射线管激发Cu 的荧光X 射线辐射,所需施加的最低管电压是多少?激发出的荧光辐射的波长是多少? 答:eVk=hc/λ Vk=6.626×10-34×2.998×108/(1.602×10-19×0.71×10-10)=17.46(kv) λ0=1.24/v(nm)=1.24/17.46(nm)=0.071(nm) 其中h为普郎克常数,其值等于6.626×10-34 e为电子电荷,等于1.602×10-19c 故需加的最低管电压应≥17.46(kv),所发射的荧光辐射波长是0.071纳米。 7、名词解释:相干散射、非相干散射、荧光辐射、吸收限、俄歇效应 答:⑴当χ射线通过物质时,物质原子的电子在电磁场的作用下将产生受迫振动,受迫振动产生交变电磁场,其频率与入射线的频率相同,这种由于散射线与入射线的波长和频率一致,位相固定,在相同方向上各散射波符合相干条件,故称为相干散射。 ⑵当χ射线经束缚力不大的电子或自由电子散射后,可以得到波长比入射χ射线长的χ射线,且波长随散射方向不同而改变,这种散射现象称为非相干散射。

材料现代分析方法试题2(参考答案)

材料现代分析方法试题4(参考答案) 一、基本概念题(共10题,每题5分) 1.实验中选择X射线管以及滤波片的原则是什么?已知一个以Fe为主要成分的样品,试选择合适的X射线管和合适的滤波片 答:实验中选择X射线管的原则是为避免或减少产生荧光辐射,应当避免使用比样品中主元素的原子序数大2~6(尤其是2)的材料作靶材的X射线管。 选择滤波片的原则是X射线分析中,在X射线管与样品之间一个滤波片, 以滤掉K β线。滤波片的材料依靶的材料而定,一般采用比靶材的原子序数小1或2的材料。 以分析以铁为主的样品,应该选用Co或Fe靶的X射线管,同时选用Fe和Mn 为滤波片。 2.试述获取衍射花样的三种基本方法及其用途? 答:获取衍射花样的三种基本方法是劳埃法、旋转晶体法和粉末法。劳埃法主要用于分析晶体的对称性和进行晶体定向;旋转晶体法主要用于研究晶体结构;粉末法主要用于物相分析。 3.原子散射因数的物理意义是什么?某元素的原子散射因数与其原子序数有何关系? 答:原子散射因数f 是以一个电子散射波的振幅为度量单位的一个原子散射波的振幅。也称原子散射波振幅。它表示一个原子在某一方向上散射波的振幅是一个电子在相同条件下散射波振幅的f倍。它反映了原子将X射线向某一个方向散射时的散射效率。 原子散射因数与其原子序数有何关系,Z越大,f 越大。因此,重原子对X射线散射的能力比轻原子要强。 4.用单色X射线照射圆柱多晶体试样,其衍射线在空间将形成什么图案?为摄取德拜图相,应当采用什么样的底片去记录? 答:用单色X射线照射圆柱多晶体试样,其衍射线在空间将形成一组锥心角不等的圆锥组成的图案;为摄取德拜图相,应当采用带状的照相底片去记录。

材料研究与测试方法复习题答案版

材料研究与测试方法复习题答案版

复习题 一、名词解释 1、系统消光: 把由于F HKL=0而使衍射线有规律消失的现象称为系统消光。 2、X射线衍射方向: 是两种相干波的光程差是波长整数倍的方向。 3、Moseley定律:对于一定线性系的某条谱线而言其波长与原子序数平方近似成反比关系。 4、相对强度:同一衍射图中各个衍射线的绝对强度的比值。 5、积分强度:扣除背影强度后衍射峰下的累积强度。 6、明场像暗场像:用物镜光栏挡去衍射束,让透射束成像,有衍射的为暗像,无衍射的为明像,这样形成的为明场像;用物镜光栏挡去透射束和及其余衍射束,让一束强衍射束成像,则无衍射的为暗像,有衍射的为明像,这样形成的为暗场像。 7、透射电镜点分辨率、线分辨率:点分辨率表示电镜所能分辨的两个点之间的最小距离;线分辨率表示电镜所能分辨的两条线之间的最小距离。 8、厚度衬度:由于试样各部分的密度(或原子序数)和厚度不同形成的透射强度的差异; 9、衍射衬度:由于晶体薄膜内各部分满足衍射条件的程度不同形成的衍射强度的差异;10相位衬度:入射电子收到试样原子散射,得到透射波和散射波,两者振幅接近,强度差很小,两者之间引入相位差,使得透射波和合成波振幅产生较大差异,从而产生衬度。 11像差:从物面上一点散射出的电子束,不一定全部聚焦在一点,或者物面上的各点并不按比例成像于同一平面,结果图像模糊不清,或者原物的几何形状不完全相似,这种现象称为像差 球差:由于电磁透镜磁场的近轴区和远轴区对电子束的汇聚能力不同造成的 像散:由于透镜磁场不是理想的旋转对称磁场而引起的像差 色差:由于成像电子的波长(或能量)不同而引起的一种像差 12、透镜景深:在不影响透镜成像分辨本领的前提下,物平面可沿透镜轴移动的距离 13、透镜焦深:在不影响透镜成像分辨本领的前提下,像平面可沿透镜轴移动的距离 14、电子衍射:电子衍射是指当一定能量的电子束落到晶体上时,被晶体中原子散射,各散射电子波之间产生互相干涉现象。它满足劳厄方程或布拉格方程,并满足电子衍射的基本公式Lλ=Rd L是相机长度,λ为入射电子束波长,R是透射斑点与衍射斑点间的距离。 15、二次电子:二次电子是指在入射电子作用下被轰击出来并离开样品表面的原子的核外电子。

材料测试分析方法(究极版)

绪论 3分析测试技术的发展的三个阶段? 阶段一:分析化学学科的建立;主要以化学分析为主的阶段。 阶段二:分析仪器开始快速发展的阶段 阶段三:分析测试技术在快速、高灵敏、实时、连续、智能、信息化等方面迅速发展的阶段4现代材料分析的内容及四大类材料分析方法? 表面和内部组织形貌。包括材料的外观形貌(如纳米线、断口、裂纹等)、晶粒大小与形态、各种相的尺寸与形态、含量与分布、界面(表面、相界、晶界)、位向关系(新相与母相、孪生相)、晶体缺陷(点缺陷、位错、层错)、夹杂物、内应力。 晶体的相结构。各种相的结构,即晶体结构类型和晶体常数,和相组成。 化学成分和价键(电子)结构。包括宏观和微区化学成份(不同相的成份、基体与析出相的成份)、同种元素的不同价键类型和化学环境。 有机物的分子结构和官能团。 形貌分析、物相分析、成分与价键分析与分子结构分析四大类方法 四大分析:1图像分析:光学显微分析(透射光反射光),电子(扫描,透射),隧道扫描,原子力2物象:x射线衍射,电子衍射,中子衍射3化学4分子结构:红外,拉曼,荧光,核磁 获取物质的组成含量结构形态形貌及变化过程的技术 材料结构与性能的表征包括材料性能,微观性能,成分的测试与表征 6.现代材料测试技术的共同之处在哪里? 除了个别的测试手段(扫描探针显微镜)外,各种测试技术都是利用入射的电磁波或物质波(如X射线、高能电子束、可见光、红外线)与材料试样相互作用后产生的各种各样的物理信号(射线、高能电子束、可见光、红外线),探测这些出射的信号并进行分析处理,就课获得材料的显微结构、外观形貌、相组成、成分等信息。 9.试总结衍射花样的背底来源,并提出一些防止和减少背底的措施 衍射花样要素:衍射线的峰位、线形、强度 答:(I)花材的选用影晌背底; (2)滤波片的作用影响到背底;(3)样品的制备对背底的影响 措施:(1)选靶靶材产生的特征x射线(常用Kα射线)尽可能小的激发样品的荧光辐射,以降低衍射花样背底,使图像清晰。(2)滤波,k系特征辐射包括Ka和kβ射线,因两者波长不同,将使样品的产生两套方位不同得衍射花样;选择浪滋片材料,使λkβ靶<λk滤<λkα,Ka射线因因激发滤波片的荧光辐射而被吸收。(3)样品,样品晶粒为50μm左右,长时间研究,制样时尽量轻压,可减少背底。 11.X射线的性质; x射线是一种电磁波,波长范围:0.01~1000à X射线的波长与晶体中的原子问距同数量级,所以晶体可以用作衍射光栅。用来研究晶体结构,常用波长为0.5~2.5à 不同波长的x射线具有不同的用途。硬x射线:波长较短的硬x封线能量较高,穿透性较强,适用于金属部件的无损探伤及金属物相分析。软x射线:波长较长的软x射线的能量较低,穿透性弱,可用干分析非金属的分析。用于金属探伤的x射线波长为0.05~0.1à当x射线与物质(原子、电子作用时,显示其粒子性,具有能量E=h 。产生光电效应和康普顿效应等 当x射线与x射线相互作用时,主要表现出波动性。 x射线的探测:荧光屏(ZnS),照相底片,探测器

材料现代分析方法试题及答案1

一、单项选择题(每题 2 分,共10 分) 3.表面形貌分析的手段包括【 d 】 (a)X 射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)(b) SEM 和透射电镜(TEM) (c) 波谱仪(WDS)和X 射线光电子谱仪(XPS)(d) 扫描隧道显微镜(STM)和 SEM 4.透射电镜的两种主要功能:【b 】 (a)表面形貌和晶体结构(b)内部组织和晶体结构 (c)表面形貌和成分价键(d)内部组织和成分价键 二、判断题(正确的打√,错误的打×,每题2 分,共10 分) 1.透射电镜图像的衬度与样品成分无关。(×)2.扫描电镜的二次电子像的分辨率比背散射电子像更高。(√)3.透镜的数值孔径与折射率有关。(√)4.放大倍数是判断显微镜性能的根本指标。(×)5.在样品台转动的工作模式下,X射线衍射仪探头转动的角速度是样品转动角 速度的二倍。(√) 三、简答题(每题5 分,共25 分) 1. 扫描电镜的分辨率和哪些因素有关?为什么? 和所用的信号种类和束斑尺寸有关,因为不同信号的扩展效应不同,例如二次电子产生的区域比背散射电子小。束斑尺寸越小,产生信号的区域也小,分辨率就高。 1.透射电镜中如何获得明场像、暗场像和中心暗场像? 答:如果让透射束进入物镜光阑,而将衍射束挡掉,在成像模式下,就得到明场象。如果把物镜光阑孔套住一个衍射斑,而把透射束挡掉,就得到暗场像,将入射束倾斜,让某一衍射束与透射电镜的中心轴平行,且通过物镜光阑就得到中心暗场像。 2.简述能谱仪和波谱仪的工作原理。 答:能量色散谱仪主要由Si(Li)半导体探测器、在电子束照射下,样品发射所含元素的荧光标识X 射线,这些X 射线被Si(Li)半导体探测器吸收,进入探测器中被吸收的每一个X 射线光子都使硅电离成许多电子—空穴对,构成一个电流脉冲,经放大器转换成电压脉冲,脉冲高度与被吸收的光子能量成正比。最后得到以能量为横坐标、强度为纵坐标的X 射线能量色散谱。 在波谱仪中,在电子束照射下,样品发出所含元素的特征x 射线。若在样品上方水平放置一块具有适当晶面间距 d 的晶体,入射X 射线的波长、入射角和晶面间距三者符合布拉格方程时,这个特征波长的X 射线就会发生强烈衍射。波谱仪利用晶体衍射把不同波长的X 射线分开,即不同波长的X 射线将在各自满足布拉格方程的2θ方向上被检测器接收,最后得到以波长为横坐标、强度为纵坐标的X射线能量色散谱。 3.电子束与试样物质作用产生那些信号?说明其用途。 (1)二次电子。当入射电子和样品中原子的价电子发生非弹性散射作用时会损失其部分能量(约30~50 电子伏特),这部分能量激发核外电子脱离原子,能量大于材料逸出功的价电子可从样品表面逸出,变成真空中的自由电子,即二次电子。二次电子对试样表面状态非常敏感,能有效地显示试样表面的微观形貌。 (2)背散射电子。背散射电子是指被固体样品原子反射回来的一部分入射电子。既包括与样品中原子核作用而形成的弹性背散射电子,又包括与样品中核外电子作用而形成的非弹性散射电子。利用背反射电子作为成像信号不仅能分析形貌特征,也可以用来显示原子序数衬度,进行定性成分分析。 (3)X 射线。当入射电子和原子中内层电子发生非弹性散射作用时也会损失其部分能量(约

材料现代分析方法

《材料现代分析方法》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程编号:13103105 课程类别:专业核心课程 适应专业:材料物理 总学时:54学时 总学分: 3 课程简介: 本课程介绍材料微观形貌、结构及成分的分析与表面分析技术主要方法及基本技术,简单介绍光谱分析方法。包括晶体X射线衍射、电子显微分析、X射线光电子谱仪、原子光谱、分子光谱等分析方法及基本技术。 授课教材:《材料分析测试方法》,黄新民解挺编,国防工业出版社,2005年。 参考书目: [1]《现代物理测试技术》,梁志德、王福编,冶金工业出版社,2003年。 [2]《X射线衍射分析原理与应用》,刘粤惠、刘平安编,化学工业出版社,2003年。 [3]《X射线衍射技术及设备》,丘利、胡玉和编,冶金工业出版社,2001年。 [4]《材料现代分析方法》,左演声、陈文哲、梁伟编,北京工业大学出版社,2001年。 [5]《材料分析测试技术》,周玉、武高辉编,哈尔滨工业大学出版社,2000年。 [6]《材料结构表征及应用》,吴刚编,化学工业出版社,2001年。 [7]《材料结构分析基础》,余鲲编,科学出版社,2001年。 二、课程教育目标 通过学习,了解X射线衍射仪及电子显微镜的结构,掌握X-射线衍射及电子显微镜的基本原理和操作方法,了解试样制备的基本要求及方法,了解材料成分的分析与表面分析技术的主要方法及基本技术,了解光谱分析方法,能够利用上述相关仪器进行材料的物相组成、显微结构、表面分析研究。学会运用以上技术的基本方法,对材料进行测试、计算和分析,得到有关微观组织结构、形貌及成分等方面的信息。 三、教学内容与要求 第一章X射线的物理基础 教学重点:X射线的产生及其与物质作用原理 教学难点:X射线的吸收和衰减、激发限 教学时数:2学时 教学内容:X射线的性质,X射线的产生,X射线谱,X射线与物质的相互作用,X射线的衰减规律,吸收限的应用

ch05材料分析测试方法作业答案

第五章 X 射线衍射分析原理 一、教材习题 5-2 “一束X 射线照射一个原子列(一维晶体),只有镜面反射方向上才有可能 产生衍射”,此种说法是否正确? 答:不正确。(根据劳埃一维方程,一个原子列形成的衍射线构成一系列共顶同轴的衍射圆锥,不仅镜面反射方向上才有可能产生衍射。) 5-3 辨析概念:X 射线散射、衍射与反射。 答:X 射线散射:X 射线与物质作用(主要是电子)时,传播方向发生改变的现象。 X 射线衍射:晶体中某方向散射X 射线干涉一致加强的结果,即衍射。 X 射线反射:晶体中各原子面产生的反射方向上的相干散射。与可见光的反射不同,是“选择反射”。 在材料的衍射分析工作中,“反射”与“衍射”通常作为同义词使用。 5-4 某斜方晶体晶胞含有两个同类原子,坐标位置分别为:( 43,43,1)和(4 1 ,41,2 1 ),该晶体属何种布拉菲点阵?写出该晶体(100)、(110)、(211)、(221)等晶面反射线的F 2值。 答:根据题意,可画出二个同类原子的位置,如下图所示: 如果将原子(1/4,1/4,1/2)移动到原点(0,0,0),则另一原子(3/4,3/4,1)的坐标变为(1/2,1/2,1/2),因此该晶体属布拉菲点阵中的斜方体心点阵。 对于体心点阵: ])1(1[)()2/2/2/(2)0(2L K H L K H i i f fe fe F ++++-+=+=ππ

???=++=++=奇数时 ,当偶数时; 当L K H 0,2L K H f F ?? ?=++=++=奇数时 ,当偶数时; 当L K H L K H f 0,4F 22 或直接用两个原子的坐标计算: ()()()()()()()3 31112()2()4444211111122()222442 111 2() 4421 (2)2 11111111i h k l i h k l i h k l i h k l i h k l h k l i h k l h k l h k l F f e e f e e f e f e f ππππππ++++??++++ ? ??++++++++++??=+ ? ????=+?????? ??=+-?? ?? =+-?? ??=+-±?? 所以 F 2=f 2[1+(-1)(h +k +l )]2 因此,(100)和(221),h +k +l =奇数,|F |2=0;(110)、(211),h +k +l =偶数,|F |2=4f 2。 5-7 金刚石晶体属面心立方点阵,每个晶胞含8个原子,坐标为:(0,0,0)、 ( 21,21,0)、(21,0,21)、(0,21,21)、(41,41,41)、(43,43,41 )、(43,41,43)、(41,43,4 3),原子散射因子为f a ,求其系统消光规律(F 2 最简表达式),并据此说明结构消光的概念。 答:金刚石晶体属面心立方点阵,每个晶胞含8个原子,坐标为:(0,0,0)、(1/2,1/2,0)、(1/2,0,1/2)、(0,1/2,1/2)、(1/4,1/4,1/4)、(3/4,3/4,1/4)、(3/4,1/4,3/4)、(1/4,3/4,3/4),可以看成一个面心立方点阵和沿体对角线平移(1/4,1/4,1/4)的另一个面心立方点阵叠加而成的。

材料现代分析方法练习题及答案

8. 什么是弱束暗场像?与中心暗场像有何不同?试用Ewald图解说明。 答:弱束暗场像是通过入射束倾斜,使偏离布拉格条件较远的一个衍射束通过物镜光阑,透射束和其他衍射束都被挡掉,利用透过物镜光阑的强度较弱的衍射束成像。 与中心暗场像不同的是,中心暗场像是在双光束的条件下用的成像条件成像,即除直射束外只有一个强的衍射束,而弱束暗场像是在双光阑条件下的g/3g的成像条件成像,采用很大的偏离参量s。中心暗场像的成像衍射束严格满足布拉格条件,衍射强度较强,而弱束暗场像利用偏离布拉格条件较远的衍射束成像,衍射束强度很弱。采用弱束暗场像,完整区域的衍射束强度极弱,而在缺陷附近的极小区域内发生较强的反射,形成高分辨率的缺陷图像。图:PPT透射电子显微技术1页 10. 透射电子显微成像中,层错、反相畴界、畴界、孪晶界、晶界等衍衬像有何异同?用什么办法及根据什么特征才能将它们区分开来? 答:由于层错区域衍射波振幅一般与无层错区域衍射波振幅不同,则层错区和与相邻区域形成了不同的衬度,相应地出现均匀的亮线和暗线,由于层错两侧的区域晶体结构和位相相同,故所有亮线和暗线的衬度分别相同。层错衍衬像表现为平行于层错面迹线的明暗相间的等间距条纹。 孪晶界和晶界两侧的晶体由于位向不同,或者还由于点阵类型不同,一边的晶体处于双光束条件时,另一边的衍射条件不可能是完全相同的,也可能是处于无强衍射的情况,就相当于出现等厚条纹,所以他们的衍衬像都是间距不等的明暗相间的条纹,不同的是孪晶界是一条直线,而晶界不是直线。 反相畴界的衍衬像是曲折的带状条纹将晶粒分隔成许多形状不规则的小区域。 层错条纹平行线直线间距相等 反相畴界非平行线非直线间距不等 孪晶界条纹平行线直线间距不等 晶界条纹平行线非直线间距不等 11.什么是透射电子显微像中的质厚衬度、衍射衬度和相位衬度。形成衍射衬度像和相位衬度像时,物镜在聚焦方面有何不同?为什么? 答:质厚衬度:入射电子透过非晶样品时,由于样品不同微区间存在原子序数或厚度的差异,导致透过不同区域落在像平面上的电子数不同,对应各个区域的图像的明暗不同,形成的衬度。 衍射衬度:由于样品中的不同晶体或同一晶体中不同部位的位向差异导致产生衍射程度不同而形成各区域图像亮度的差异,形成的衬度。 相位衬度:电子束透过样品,试样中原子核和核外电子产生的库伦场导致电子波的相位发生变化,样品中不同微区对相位变化作用不同,把相应的相位的变化情况转变为相衬度,称为相位衬度。 物镜聚焦方面的不同:透射电子束和至少一个衍射束同时通过物镜光阑成像时,透射束和衍射束相互干涉形成反应晶体点阵周期的条纹成像或点阵像或结构物象,这种相位衬度图像的形成是透射束和衍射束相干的结果,而衍射衬度成像只用透射束或者衍射束成像。

《材料现代分析方法》练习与答案修改

一、选择题 1.用来进行晶体结构分析的X 射线学分支是( B ) A.X 射线透射学; B.X 射线衍射学; C.X 射线光谱学; 2. M 层电子回迁到K 层后,多余的能量放出的特征X 射线称( B ) A. K α; B. K β; C. K γ; D. L α。 三、填空题 1. 当X 射线管电压超过临界电压就可以产生 连续 X 射线和 特征 X 射线。 2. X 射线与物质相互作用可以产生 俄歇电子 、 透射X 射线 、 散射X 射线 、 荧光X 射线 、 光电子 、 热 、 、 。 3. X 射线的本质既是 波长极短的电磁波 也是 光子束 ,具有 波粒二象 性 性。 5. 短波长的X 射线称 ,常用于 ;长波长的X 射线称 ,常用于 。 一、选择题 1.有一倒易矢量为*+*+*=*c b a g 22,与它对应的正空间晶面是( )。 A. (210); B. (220); C. (221); D. (110);。 2.有一体心立方晶体的晶格常数是0.286nm ,用铁靶K α(λK α=0.194nm )照射该晶体能 产生( )衍射线。 A. 三条; B .四条; C. 五条;D. 六条。 3.一束X 射线照射到晶体上能否产生衍射取决于( )。 A .是否满足布拉格条件; B .是否衍射强度I ≠0; C .A+B ; D .晶体形状。 4.面心立方晶体(111)晶面族的多重性因素是( )。 A .4; B .8; C .6; D .12。 二、填空题 1. 倒易矢量的方向是对应正空间晶面的 ;倒易矢量的长度等于对应 。 2. 只要倒易阵点落在厄瓦尔德球面上,就表示该 满足 条件,能产生 。 3. 影响衍射强度的因素除结构因素、晶体形状外还 有 , , , 。 4. 考虑所有因素后的衍射强度公式为 ,对于粉末 多晶的相对强度为 。 5. 结构振幅用 表示,结构因素用 表示,结构因素=0时没有衍射我们称 或 。对于有序固溶体,原本消光的地方会出现 。 三、选择题 1.最常用的X 射线衍射方法是( )。 A. 劳厄法; B. 粉末多法; C. 周转晶体法; D. 德拜法。 2.德拜法中有利于提高测量精度的底片安装方法是( )。 A. 正装法; B. 反装法; C. 偏装法; D. A+B 。 3.德拜法中对试样的要求除了无应力外,粉末粒度应为( )。 A. <325目; B. >250目; C. 在250-325目之间; D. 任意大小。 4.测角仪中,探测器的转速与试样的转速关系是( )。 A. 保持同步1﹕1 ; B. 2﹕1 ; C. 1﹕2 ; D. 1﹕0 。 5.衍射仪法中的试样形状是( )。

材料分析测试技术习题

近代材料分析测试方法习题 1 Ariy斑如何形成? 2 简述产生像差的三种原因。 3 何为焦长及景深,有何用途? 4 对比光学显微镜与电磁显微镜分辨率。 6 画出电镜结构原理图,简述每个部件的 作用。 7 何谓点分辨率、晶格分辨率、放大倍 数,其测定方法? 8 简述塑料一级复型、碳一级复型、塑料 -碳-喷铬二级复型制作步骤,对比各 有何特点。 9 简述质后衬度成像原理。 10 计算2种复型样品相对衬度(见书)。 11 简述透射电镜的主要用途。 12 写出劳埃方程,简述其用途。 13 写出布拉格方程,简述其用途。 14 已知简单立方晶体晶格常数为3A°,分别 在正空间和倒易空间中画出(101)、 (210)、(111)晶面及倒易易点,并计算出晶面的面间距和倒易失量的大小。 15 画出面心立方及体心立方[011]晶带轴的 标准电子衍射花样,标出最近的三个斑点指数及夹角。 16 画出爱瓦尔德球简述其用途。 17 体心立方和简单立方晶体的消光条件。 18 何谓标准电子衍射花样。面心立方和简单 立方晶体的消光条件。 19 为何不精确满足布拉格方程时,也会在底 片上出现衍射斑点。 20 为何入射电子束严格平行〔uvw〕时, 底片上也有衍射斑点出现。 21 绘出面心立方〔012〕晶带轴的标准电 子衍射花样,并写明步骤。(10分)22 已知相机常数K、晶体结构及单晶衍射花 样,简述单晶衍射花样标定步骤。(10 分) 23 何谓磁偏角。 24 选区衍射操作与选区衍射成像操作有何不 同。 25 孪晶衍射花样有何特点。 26 高阶劳爱斑点如何得到。 27 如何确定有序固溶体。 28 何谓菊池线花样。 29 何谓二次衍射斑点。 30 简述薄晶体样品制作步骤。 31 多晶衍射花样标定步骤。32 薄晶体成像原理与复型成像原理有何异同 点。 33 画出薄晶体衍衬成明场像、暗场像的光路 图,并加以说明。 34 螺型位错和刃型位错衍衬成像特征。为 何? 35 厚度消光、弯曲消光条纹产生原因。 36 孪晶、层错典型特征。 37 扫描电镜的主要用途。 38 扫描电镜中能成形貌像、成分像的信号各 有哪些? 39 如图所示,晶粒1为铝、晶粒2为铁,画 出A、B探头的收集背散射电子的信 号,及形貌、成分信号。 40 对比二次电子、背散电子成像衬度。 41 特征x射线可成哪种像,有何特征。 42 简述能谱仪与波谱仪工作原理。 43 试述原子散射因子f和结构因子│FHKL│ 2的物理意义,结构因子与哪些因素有 关? 44 画出X射线衍射分析光路图,说明测角仪 的工作原理。(8分) 45 简述用X射线衍射方法定性分析未知材料 的步骤。 46 写出粉末衍射卡组字母索引和数字索引 的编排方法和查询方法。 47 对钙钛矿(CaTiO3)为主的复相材料进 行定性分析,试设计分析方案(特别应 指出选何种辐射源及滤光片)。 48 用X射线衍射仪进行物相分析,请绘图说 明X射线管焦点、入射束、衍射束、接收狭缝、样品表面法线、反射晶面法线、 衍射圆之间的关系。

(完整版)材料分析方法期末考试总结

材料分析方法 1.x射线是一种波长很短的电磁波,具有波粒二相性,粒子性往往表现突出,故x射线也可视为一束具有一定能量的光量子流。X射线有可见光无可比拟的穿透能力,可使荧光物质发光,可使气体或其它物质电离等。 2.相干散射:亦称经典散射,物质中的电子在X射线电场的作用下,产生强迫振动。这样每个电子在各方向产生与入射X射线同频率的电磁波。新的散射波之间发生的干涉现象称为相干散射。 3.不相干散射:亦称量子散射,X射线光子与束缚力不大的外层电子,或自由电子碰撞时电子获得一部分动能成为反冲电子,X射线光子离开原来方向,能量减小,波长增加。 4.吸收限:物质原子序数越大,对X射线的吸收能力越强;对一定的吸收体,X射线的波长越短,穿透能力越强,表现为吸收系数的下降,但随着波长的的降低,质量吸收系数并非呈连续的变化,而是在某些波长位置上突然升高,出现了吸收限。 5.荧光辐射:由入射X射线所激发出来的特征X射线称为荧光辐射(荧光X 射线,二次X射线)。 6.俄歇效应:由于光电效应而处于激发态的原子还有一种释放能量的方式,及俄歇效应。原子中一个K层电子被入射光量子击出后,L层一个电子跃入K层填补空位,此时多余的能量不以辐射X光量子放出,而是以另一个L层电子活的能量跃出吸收体,这样的一个K层空位被两个L层空位代替的过程称为俄歇效应,跃出的L层电子称为俄歇电子。 7.光电子:当入射光量子的能量等于或大于吸收体原子某壳体层电子的结合能时,此光量子就很容易被电子吸收,获得能量的电子从内层溢出,成为自由电子,称为光电子。原子则处于激发态,这种原子被入射辐射电离的现象即光电效应。8.滤波片的作用:滤波片是利用吸收限两侧吸收系数差很大的现象制成的,用以吸收不需要的辐射而得到基本单色的光源。 9.布拉格方程只是获得衍射的必要条件而非充分条件。 10.晶面(hkl)的n级反射面(nh nk nl),用符号(HKL)表示,称为反射面或干涉面。 11.掠射角是入射角(或反射角)与晶面的夹角,可表征衍射的方向。 12.衍射极限条件:在晶体中,干涉面的划取是无极限的,但并非所有的干涉面均能参与衍射,因存在关系dsinθ=λ/2,或d>=λ/2,说明只有间距大于或等于X 射线半波长的那些干涉面才能参与反射。 13.劳埃法:采用连续X射线照射不动的单晶体,因为X射线的波长连续可变,故可从中挑选出其波长满足布拉格关系的X射线使产生衍射。 14.周转晶体法:采用单色X射线照射转动的单晶体,并用一张以旋转轴为轴的圆筒形底片来记录。 15.粉末法:采用单色X射线照射多晶体,试样是由数量众多、取向混乱的微晶体组成。 16.吸收因数:由于试样本身对X射线的吸收,使衍射强度的实测值与计算值不符,为了修正这一影响,则在强度公式中乘以吸收因数。 17.温度因数:原子热振动使晶体点阵原子排列的周期性受到破坏,使得原来严格满足布拉格条件的相干散射产生附加的相差,从而使衍射强度减弱。为修正实验温度给衍射强度带来的影响,需要在积分强度公式中乘以温度因数。

材料现代分析方法试题及答案1

《现代材料分析方法》期末试卷1 一、单项选择题(每题 2 分,共10 分) 1.成分和价键分析手段包括【b 】 (a)WDS、能谱仪(EDS)和XRD (b)WDS、EDS 和XPS (c)TEM、WDS 和XPS (d)XRD、FTIR 和Raman 2.分子结构分析手段包括【 a 】 (a)拉曼光谱(Raman)、核磁共振(NMR)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)(b)NMR、FTIR 和WDS (c)SEM、TEM 和STEM(扫描透射电镜)(d)XRD、FTIR 和Raman 3.表面形貌分析的手段包括【 d 】 (a)X 射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)(b) SEM 和透射电镜(TEM) (c) 波谱仪(WDS)和X 射线光电子谱仪(XPS)(d) 扫描隧道显微镜(STM)和 SEM 4.透射电镜的两种主要功能:【b 】 (a)表面形貌和晶体结构(b)内部组织和晶体结构 (c)表面形貌和成分价键(d)内部组织和成分价键 5.下列谱图所代表的化合物中含有的基团包括:【 c 】 (a)–C-H、–OH 和–NH2 (b) –C-H、和–NH2, (c) –C-H、和-C=C- (d) –C-H、和CO 二、判断题(正确的打√,错误的打×,每题2 分,共10 分) 1.透射电镜图像的衬度与样品成分无关。(×)2.扫描电镜的二次电子像的分辨率比背散射电子像更高。(√)3.透镜的数值孔径与折射率有关。(√)

4.放大倍数是判断显微镜性能的根本指标。(×)5.在样品台转动的工作模式下,X射线衍射仪探头转动的角速度是样品转动角 速度的二倍。(√) 三、简答题(每题5 分,共25 分) 1. 扫描电镜的分辨率和哪些因素有关?为什么? 和所用的信号种类和束斑尺寸有关,因为不同信号的扩展效应不同,例如二次电子产生的区域比背散射电子小。束斑尺寸越小,产生信号的区域也小,分辨率就高。 2.原子力显微镜的利用的是哪两种力,又是如何探测形貌的? 范德华力和毛细力。 以上两种力可以作用在探针上,致使悬臂偏转,当针尖在样品上方扫描时,探测器可实时地检测悬臂的状态,并将其对应的表面形貌像显示纪录下来。 3.在核磁共振谱图中出现多重峰的原因是什么? 多重峰的出现是由于分子中相邻氢核自旋互相偶合造成的。在外磁场中,氢核有两种取向,与外磁场同向的起增强外场的作用,与外磁场反向的起减弱外场的作用。根据自选偶合的组合不同,核磁共振谱图中出现多重峰的数目也有不同,满足“n+1”规律 4.什么是化学位移,在哪些分析手段中利用了化学位移? 同种原子处于不同化学环境而引起的电子结合能的变化,在谱线上造成的位移称为化学位移。在XPS、俄歇电子能谱、核磁共振等分析手段中均利用化学位移。 5。拉曼光谱的峰位是由什么因素决定的, 试述拉曼散射的过程。 拉曼光谱的峰位是由分子基态和激发态的能级差决定的。在拉曼散射中,若光子把一部分能量给样品分子,使一部分处于基态的分子跃迁到激发态,则散射光能量减少,在垂直方向测量到的散射光中,可以检测到频率为(ν0 - Δν)的谱线,称为斯托克斯线。相反,若光子从样品激发态分子中获得能量,样品分子从激发态回到基态,则在大于入射光频率处可测得频率为(ν0 + Δν)的散射光线,称为反斯托克斯线 四、问答题(10 分) 说明阿贝成像原理及其在透射电镜中的具体应用方式。 答:阿贝成像原理(5 分):平行入射波受到有周期性特征物体的散射作用在物镜的后焦面上形成衍射谱,各级衍射波通过干涉重新在像平面上形成反映物的特征的像。在透射电镜中的具体应用方式(5 分)。利用阿贝成像原理,样品对电子束起散射作用,在物镜的后焦面上可以获得晶体的衍射谱,在物镜的像面上形成反映样品特征的形貌像。当中间镜的物面取在物镜后焦面时, 则将衍射谱放大,则在荧光屏上得到一幅电子衍射花样;当中间镜物面取在物镜的像面上时,则将图像进一步放大,这就是电子显微镜中的成像操作。 五、计算题(10 分) 用Cu KαX 射线(λ=0.15405nm)的作为入射光时,某种氧化铝的样品的XRD 图谱如下,谱线上标注的是2θ的角度值,根据谱图和PDF 卡片判断该氧化铝的类型,并写出XRD 物相分析的一般步骤。 答:确定氧化铝的类型(5 分) 根据布拉格方程2dsinθ=nλ,d=λ/(2sinθ) 对三强峰进行计算:0.2090nm,0.1604nm,0.2588nm,与卡片10-0173 α-Al2O3 符合,进一步比对其他衍射峰的结果可以确定是α-Al2O3。 XRD 物相分析的一般步骤。(5 分) 测定衍射线的峰位及相对强度I/I1: 再根据2dsinθ=nλ求出对应的面间距 d 值。 (1) 以试样衍射谱中三强线面间距d 值为依据查Hanawalt 索引。

材料测试分析方法答案

第一章 一、选择题 1.用来进行晶体结构分析的X射线学分支是() A.X射线透射学; B.X射线衍射学; C.X射线光谱学; D.其它 2. M层电子回迁到K层后,多余的能量放出的特征X射线称() A.Kα; B. Kβ; C. Kγ; D. Lα。 3. 当X射线发生装置是Cu靶,滤波片应选() A.Cu;B. Fe;C. Ni;D. Mo。 4. 当电子把所有能量都转换为X射线时,该X射线波长称() A.短波限λ0; B. 激发限λk; C. 吸收限; D. 特征X射线 5.当X射线将某物质原子的K层电子打出去后,L层电子回迁K层,多余能量将另一个L层电子打出核外,这整个过程将产生()(多选题) A.光电子; B. 二次荧光; C. 俄歇电子; D. (A+C) 二、正误题 1. 随X射线管的电压升高,λ0和λk都随之减小。() 2. 激发限与吸收限是一回事,只是从不同角度看问题。() 3. 经滤波后的X射线是相对的单色光。() 4. 产生特征X射线的前提是原子内层电子被打出核外,原子处于激发状态。() 5. 选择滤波片只要根据吸收曲线选择材料,而不需要考虑厚度。() 三、填空题 1. 当X射线管电压超过临界电压就可以产生X射线和X射线。 2. X射线与物质相互作用可以产生、、、、 、、、。 3. 经过厚度为H的物质后,X射线的强度为。 4. X射线的本质既是也是,具有性。 5. 短波长的X射线称,常用于;长波长的X射线称 ,常用于。 习题 1.X射线学有几个分支?每个分支的研究对象是什么?

2. 分析下列荧光辐射产生的可能性,为什么? (1)用CuK αX 射线激发CuK α荧光辐射; (2)用CuK βX 射线激发CuK α荧光辐射; (3)用CuK αX 射线激发CuL α荧光辐射。 3. 什么叫“相干散射”、“非相干散射”、“荧光辐射”、“吸收限”、“俄歇效应”、“发射谱”、 “吸收谱”? 4. X 射线的本质是什么?它与可见光、紫外线等电磁波的主要区别何在?用哪些物理量 描述它? 5. 产生X 射线需具备什么条件? 6. Ⅹ射线具有波粒二象性,其微粒性和波动性分别表现在哪些现象中? 7. 计算当管电压为50 kv 时,电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短 波限和光子的最大动能。 8. 特征X 射线与荧光X 射线的产生机理有何异同?某物质的K 系荧光X 射线波长是否等 于它的K 系特征X 射线波长? 9. 连续谱是怎样产生的?其短波限V eV hc 3 01024.1?= =λ与某物质的吸收限k k k V eV hc 3 1024.1?= =λ有何不同(V 和V K 以kv 为单位)? 10. Ⅹ射线与物质有哪些相互作用?规律如何?对x 射线分析有何影响?反冲电子、光电 子和俄歇电子有何不同? 11. 试计算当管压为50kv 时,Ⅹ射线管中电子击靶时的速度和动能,以及所发射的连续 谱的短波限和光子的最大能量是多少? 12. 为什么会出现吸收限?K 吸收限为什么只有一个而L 吸收限有三个?当激发X 系荧光 Ⅹ射线时,能否伴生L 系?当L 系激发时能否伴生K 系? 13. 已知钼的λK α=0.71?,铁的λK α=1.93?及钴的λK α=1.79?,试求光子的频率和能量。 试计算钼的K 激发电压,已知钼的λK =0.619?。已知钴的K 激发电压V K =7.71kv ,试求其λK 。 14. X 射线实验室用防护铅屏厚度通常至少为lmm ,试计算这种铅屏对CuK α、MoK α辐射 的透射系数各为多少? 15. 如果用1mm 厚的铅作防护屏,试求Cr K α和Mo K α的穿透系数。 16. 厚度为1mm 的铝片能把某单色Ⅹ射线束的强度降低为原来的23.9%,试求这种Ⅹ射 线的波长。 试计算含Wc =0.8%,Wcr =4%,Ww =18%的高速钢对MoK α辐射的质量吸收系数。 17. 欲使钼靶Ⅹ射线管发射的Ⅹ射线能激发放置在光束中的铜样品发射K 系荧光辐射,问 需加的最低的管压值是多少?所发射的荧光辐射波长是多少? 18. 什么厚度的镍滤波片可将Cu K α辐射的强度降低至入射时的70%?如果入射X 射线束 中K α和K β强度之比是5:1,滤波后的强度比是多少?已知μm α=49.03cm 2 /g ,μm β =290cm 2 /g 。 19. 如果Co 的K α、K β辐射的强度比为5:1,当通过涂有15mg /cm 2 的Fe 2O 3滤波片后,强 度比是多少?已知Fe 2O 3的ρ=5.24g /cm 3,铁对CoK α的μm =371cm 2 /g ,氧对CoK β的 μm =15cm 2 /g 。 20. 计算0.071 nm (MoK α)和0.154 nm (CuK α)的Ⅹ射线的振动频率和能量。(答案:4.23

(完整版)材料现代分析方法第一章习题答案解析

第一章 1.X射线学有几个分支?每个分支的研究对象是什么? 答:X射线学分为三大分支:X射线透射学、X射线衍射学、X射线光谱学。 X射线透射学的研究对象有人体,工件等,用它的强透射性为人体诊断伤病、用于探测工件内部的缺陷等。 X射线衍射学是根据衍射花样,在波长已知的情况下测定晶体结构,研究与结构和结构变化的相关的各种问题。 X射线光谱学是根据衍射花样,在分光晶体结构已知的情况下,测定各种物质发出的X射线的波长和强度,从而研究物质的原子结构和成分。 2. 试计算当管电压为50 kV时,X射线管中电子击靶时的速度与动能,以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大能量是多少? 解:已知条件:U=50kV 电子静止质量:m0=9.1×10-31kg 光速:c=2.998×108m/s 电子电量:e=1.602×10-19C 普朗克常数:h=6.626×10-34J.s 电子从阴极飞出到达靶的过程中所获得的总动能为: E=eU=1.602×10-19C×50kV=8.01×10-18kJ 由于E=1/2m0v02 所以电子击靶时的速度为: v0=(2E/m0)1/2=4.2×106m/s 所发射连续谱的短波限λ0的大小仅取决于加速电压: λ0(?)=12400/U(伏) =0.248? 辐射出来的光子的最大动能为: E0=hv=h c/λ0=1.99×10-15J 3. 说明为什么对于同一材料其λK<λKβ<λKα? 答:导致光电效应的X光子能量=将物质K电子移到原子引力范围以外所需作的功hV k = W k 以kα为例: hV kα = E L– E k

h e = W k – W L = hV k – hV L ∴h V k > h V k α∴λk<λk α以k β 为例:h V k β = E M – E k = W k – W M =h V k – h V M ∴ h V k > h V k β∴ λk<λk βE L – E k < E M – E k ∴hV k α < h V k β∴λk β < λk α 4. 如果用Cu 靶X 光管照相,错用了Fe 滤片,会产生什么现象? 答:Cu 的K α1,K α2, K β线都穿过来了,没有起到过滤的作用。 5. 特征X 射线与荧光X 射线的产生机理有何不同?某物质的K 系荧光X 射线波长是否等于它的K 系特征X 射线波长? 答:特征X 射线与荧光X 射线都是由激发态原子中的高能级电子向低能级跃迁时,多余能 量以X 射线的形式放出而形成的。不同的是:高能电子轰击使原子处于激发态,高能级电子回迁释放的是特征X 射线;以 X 射线轰击,使原子处于激发态,高能级电子回迁释放 的是荧光X 射线。某物质的K 系特征X 射线与其K 系荧光X 射线具有相同波长。6. 连续谱是怎样产生的?其短波限 与某物质的吸收限 有何不同(V 和 V K 以kv 为单位)? 答:当X 射线管两极间加高压时,大量电子在高压电场的作用下,以极高的速度向阳极轰 击,由于阳极的阻碍作用,电子将产生极大的负加速度。根据经典物理学的理论,一个带 负电荷的电子作加速运动时,电子周围的电磁场将发生急剧变化,此时必然要产生一个电 磁波,或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不可能相同,因而得到的电磁波将具有连续的各种波长,形成连续X 射线谱。 在极限情况下,极少数的电子在一次碰撞中将全部能量一次性转化为一个光量子,这 个光量子便具有最高能量和最短的波长,即短波限。连续谱短波限只与管压有关,当固定

(完整版)材料现代分析方法考试试卷

班级学号姓名考试科目现代材料测试技术A 卷开卷一、填空题(每空1 分,共计20 分;答案写在下面对应的空格处,否则不得分) 1. 原子中电子受激向高能级跃迁或由高能级向低能级跃迁均称为_辐射跃迁__ 跃迁或_无辐射跃迁__跃迁。 2. 多原子分子振动可分为__伸缩振动_振动与_变形振动__振动两类。 3. 晶体中的电子散射包括_弹性、__与非弹性___两种。 4. 电磁辐射与物质(材料)相互作用,产生辐射的_吸收_、_发射__、_散射/光电离__等,是光谱分析方法的主要技术基础。 5. 常见的三种电子显微分析是_透射电子显微分析、扫描电子显微分析___和_电子探针__。 6. 透射电子显微镜(TEM)由_照明__系统、_成像__系统、_记录__系统、_真空__系统和__电器系统_系统组成。 7. 电子探针分析主要有三种工作方式,分别是_定点_分析、_线扫描_分析和__ 面扫描_分析。 二、名词解释(每小题3 分,共计15 分;答案写在下面对应的空格处,否则不得分) 1. 二次电子二次电子:在单电子激发过程中被入射电子轰击出来的核外电子. 2. 电磁辐射:在空间传播的交变电磁场。在空间的传播遵循波动方程,其波动性表现为反射、折射、干涉、衍射、偏振等。 3. 干涉指数:对晶面空间方位与晶面间距的标识。 4. 主共振线:电子在基态与最低激发态之间跃迁所产生的谱线则称为主共振线 5. 特征X 射线:迭加于连续谱上,具有特定波长的X 射线谱,又称单色X 射线谱。 三、判断题(每小题2 分,共计20 分;对的用“√”标识,错的用“×”标识) 1.当有外磁场时,只用量子数n、l 与m 表征的原子能级失去意义。(√) 2.干涉指数表示的晶面并不一定是晶体中的真实原子面,即干涉指数表示的晶面上不一定有原子分布。(√) 3.晶面间距为d101/2 的晶面,其干涉指数为(202)。(×) 4.X 射线衍射是光谱法。(×) 5.根据特征X 射线的产生机理,λKβ<λK α。 (√ ) 6.物质的原子序数越高,对电子产生弹性散射的比例就越大。(√ ) 7.透射电镜分辨率的高低主要取决于物镜。(√ )8.通常所谓的扫描电子显微镜的分辨率是指二次电子像的分辨率。(√)9.背散射电子像与二次电子像比较,其分辨率高,景深大。(× )10.二次电子像的衬度来源于形貌衬度。(× ) 四、简答题(共计30 分;答案写在下面对应的空格处,否则不得分) 1. 简述电磁波谱的种类及其形成原因?(6 分)答:按照波长的顺序,可分为:(1)长波部分,包括射频波与微波。长波辐射光子能量低,与物质间隔很小的能级跃迁能量相适应,主要通过分子转动能级跃迁或电子自旋或核自旋形成;(2)中间部分,包括紫外线、可见光核红外线,统称为光学光谱,此部分辐射光子能量与原子或分子的外层电子的能级跃迁相适应;(3)短波部分,包括X 射线和γ射线,此部分可称射线谱。X 射线产生于原子内层电子能级跃迁,而γ射线产生于核反应。

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